线性可变差动变压器(LVDT)是一种广泛使用的,固有的坚固性,线性位置传感器,在大范围的距离提供准确和一致的性能。
物理位置的传感是工业、军事/航空航天、机器人、科学测量和控制应用中最常用的参数之一,使用了许多传感器来实现这一目标。此外,如果可以实时确定位置,还可以使用模拟电路或数字计算来确定速度和加速度,方法是分别根据时间对位置数据进行一次或两次微分。选择最合适的位置传感传感器取决于精度、距离、坚固性、成本、物理访问和放置、接触或非接触,以及许多其他因素,没有哪一种传感器是“最佳”的。
最广泛使用的位置传感器之一是线性可变位移传感器或LVDT(图1).这篇由两部分组成的文章将介绍LVDT的原理、操作和属性;后续文章将详细介绍它的电子界面。
注意,对于LVDT,形容词“线性”指的是传感器的测量路径,而不是它的读出线性(这是相当好的)。它有一个紧密的兄弟组成一个旋转角度传感器,因此被称为旋转可变位移传感器(RVDT)。尽管外观不同,但物理单元和电气接口的几乎所有方面都是相同的。因此,我们将提及LVDT,同时认识到大多数细节同样适用于RVDT。
问:什么是LVDT?
A: LVDT是一种位置传感器,它使用三个变压器式绕组和磁耦合,以提供高度准确的线性位置绝对读数。基本的LVDT是一个概念简单的模型。
问:怎么说?
A:内部结构是一个初级绕组,它以一对绕线相同的次级绕组为中心,在初级线圈的两侧对称分布(图2).整个多绕组组件被认为是位置传感器的固定元件。从机械上讲,这些线圈绕在一个整体的空心结构上,通常是在一个热稳定的玻璃增强聚合物上,封装防潮,包裹在一个高磁导率屏蔽,然后密封在一个铝或不锈钢圆柱形外壳中。
LVDT的运动部分是它的核心,它是一种基本的磁导材料棒或管。核心通常是螺纹的一端或两端,方便机械连接的对象的位置被测量,并通过线圈的空心孔自由移动。LVDT体的这个孔有足够大的直径,使孔和芯之间的配合不紧;相反,线圈孔和核心之间有实质性的间隙,因此两者之间没有物理接触。
问:LVDT工作原理如何?
LVDT是一种具有一个初级线圈和两个次级线圈的变压器,两个次级线圈之间的相对输出是铁心位置的函数。LVDT的电子输出信号是由两个次级绕组之间的相对交流差电压决定的,它随LVDT线圈内铁芯的线性位置而变化(图3中).
LVDT的初级绕组P由恒定振幅的交流正弦波源供电,通常在1 kHz到10 kHz之间。所发展的磁通量是由铁芯耦合到相邻的二次绕组S1和S2.在中心位置,核心正好位于S之间的中间1和S2,将相等的磁通耦合到每个次级绕组。因此电压E1和E2感应绕组1和S2,分别相等。在这个参考核心的中途位置,称为零点,差电压输出(E1- E2)名义上是零。
如果核向S靠近1比年代2(图3左),与S耦合的磁场通量更多1小于S2,所以感应电压E1增加而E2减小,导致差压(E1- E2).反之,如果核向S靠近2(图3),更多的通量与S耦合2小于S1,所以是E2随着E2的降低而增大,从而导致电压的变化(E2- E1).
由于两个次级线圈是串联的,LVDT有4根引线,尽管许多LVDT为了方便和测试,将次级引线对分开,在这种情况下,有6根不同的引线(图4).
问:LVDT输出是什么样子的?
答:LVDT的基本输出是一个振幅与偏心位置成正比的正弦波,相位(0⁰⁰或180⁰)取决于岩心位于中心的哪一边。信号必须通过全波整流解调。E的最大值出发生在磁心从零(中心)位置的最大位移处,是一次侧激励电压幅值和特定LVDT灵敏度因子的函数;通常,在几伏特(RMS)时,它是相当可观的。解调输出是一个具有振幅的直流信号,与核心的位置(位移)成线性关系——不需要对非线性进行校正,不像热电偶或RTD温度传感器的输出需要校正。
本FAQ的第2部分着眼于LVDT的一些属性,这使它成为一个有吸引力的位置传感器。
EE世界引用
验证环-重量校准的替代方案,第2部分
微型LVDT位置传感器在严酷、高压环境下工作
微型LVDT传感器提供精确的位置/路径测量在狭小的空间
核电站抗辐射LVDT线性位置传感器的设计
LVDT位置传感器在机器人应用中提供反馈
高压和耐海水位置传感器
极端高温位置传感器
外部引用
美国专利2,196,809,"遥测系统”
传感器维基。”线性可变差动变压器(LVDT)”
维基百科,“线性可变差动变压器”
TE连接。”线性可变教程”
ω工程”,什么是LVDT?”
H.G. Schaevitz LLC/Alliance Sensors集团,”LVDT位置传感器产品”
模拟设备”,线性可变差动变压器”
模拟设备”,两种新的LVDT接口ic提供模拟或数字输出的选择”
模拟设备”,利用直接有效值对直流转换的精确LVDT信号调理”
模拟设备”,具有同步解调的低功率LVDT信号调节器”
德州仪器。”比率测量在lvdt传感器信号调理的背景下”
德州仪器。”LVDT应用的PGA970用例”
了下:传感器提示